大气颗粒物中长寿命有机自由基的非萃取快速检测方法

摘要

本方法涉及快速高效的检测大气细颗粒物中长寿命有机自由基，大气颗粒物样品无需溶剂萃取。本方法是为了解决检测大气细颗粒物中持久性有机自由基的传统方法效率低的问题。本方法包括：一、将滤膜在采集大气颗粒物前后称重，以获得采集的大气颗粒物的质量；二、将采集到大气颗粒物的滤膜裁剪出一条2‑3mm宽的细条，并称重；三、将裁剪好的滤膜折叠直接置于EPR检测用石英管中检测。四、记录数据，计算自由基浓度。本方法无需溶剂萃取，吸附在石英纤维滤膜上的颗粒物样品也无需从滤膜上剥离，直接采用EPR检测，不破坏大气颗粒物的原始状态，避免了实验过程的干扰，保证了检测的大气颗粒物中长寿命有机自由基的检测的准确性，方法简便快速。

说明书

技术领域

本发明属于面向环境分析技术领域，具体涉及一种大气颗粒物中长寿命有机自由基的非萃取快速检测方法。

背景技术

长寿命有机自由基是相对于短寿命自由基而言，在环境中存在时间较长的自由基。环境中长寿命有机自由基会产生活性氧物质，从而打破人体内自由基的平衡，而对人体造成损伤。大气颗粒物对人体的危害已被广泛关注，而其成分十分复杂，对大气颗粒物的污染机制研究仍存在困难。现有研究在大气颗粒物中检测到了长寿命有机自由基的存在，但是目前检测大气颗粒物中有机自由基多采用溶液提取法，这不可避免的会导致提取不完全或者颗粒物组分与提取液发生反应而导致自由基的生成或者部分淬灭，从而影响自由基检测准确及全面性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种快速检测大气颗粒物中长寿命有机自由基的方法。

本发明所提供的快速检测大气颗粒物中长寿命有机自由基的方法，包括如下步骤：

1)在采集大气颗粒物前对滤膜进行称重，记为m₀，利用所述滤膜采集大气颗粒物，将采集后的滤膜进行称重，记为m_t，得到采集的大气颗粒物的质量m_t-m₀；

2)将采集到大气颗粒物的滤膜裁剪成细条，并称重，记为m_u；

3)将裁剪好的滤膜折叠置于石英管中进行电子顺磁共振波谱(EPR)检测，得EPR信号图谱；

4)根据EPR信号图谱，计算大气颗粒物中长寿命有机自由基的浓度。

上述方法步骤1)中，所述滤膜可为石英纤维滤膜；

在对采集大气颗粒物前的滤膜进行称重前，还包括将所述滤膜在450℃条件下烘12h,以去除有机质等杂质并置于干燥箱中保存的操作；

采用大流量大气颗粒物采样器采集颗粒物样品，也可采用大流量分级采样器采集不同粒径的大气颗粒物样品，如动力学直径(aerodynamic diameters，d_ae)小于1.0μm,1.0-2.5μm,2.5-10μm,大于10μm的不同动力学直径的颗粒物。使用石英纤维滤膜吸附不同粒径的大气颗粒物。

在对采集后的滤膜进行称重前，还包括下述操作：将采集后的滤膜对折，用铝箔包覆，置于与采集前滤膜相同条件下的干燥箱中保存。

上述方法步骤2)中，所述细条的宽度可为2-3mm。

上述方法步骤3)中，所述石英管为EPR检测用石英管。

步骤3)中，采用X波段的电子顺磁共振波谱仪对样品中的自由基进行检测，通过调整中心磁场、微波频率、微波功率、调制频率、调制幅度、扫场宽度、接受增益、扫描时间等，得到可以获得最优峰型的仪器参数。

其中，采用的仪器参数如下：中心磁场:3500G；微波频率:9.36GHz；微波功率:0.63mW；调制频率:100kHz；调制幅度:1.0G；扫场宽度:100G；接受增益:30dB；扫描时间:100s。

在上述仪器参数下对样品进行检测，得EPR信号图谱。

上述方法步骤4)中，根据EPR信号图谱中的g值、峰宽(ΔH_p-p)等信息对样品进行定性分析；根据自旋定量理论，采用Bruker’s>

所测大气颗粒物中自由基的浓度(Spins/g)的计算公式为：

本方法涉及快速高效的检测大气细颗粒物中长寿命有机自由基，大气颗粒物样品无需溶剂萃取，能够解决传统大气细颗粒物中长寿命有机自由基检测方法效率低的问题。吸附在石英纤维滤膜上的颗粒物样品无需从滤膜上剥离，直接采用EPR检测，方法简便快速。综上，这种非溶剂萃取且无需从吸附滤膜上剥离的方法，不破坏大气颗粒物的原始状态，保证了检测的大气颗粒物中长寿命有机自由基的检测的准确性。配合使用大流量大气颗粒物分级采样器，可对不同动力学粒径的大气颗粒物样品中的长寿命有机自由基进行同步样品采集和EPR检测，对阐明不同粒径大气颗粒物上长寿命有机自由基的分布特征有重要意义。

有文献报道采用石英组织池方法测大气颗粒物长寿命自由基的方法，相较于文献报道的使用石英组织池方法，本方法简洁、快速、准确，易于操作，所用设备少且易获取。具体优势如下：

a,测试样品的裁切：本方法使用陶瓷剪刀直接对吸附颗粒物样品的石英纤维膜裁切，设备易得，避免裁剪过程中的二次污染；而文献中要求对样品膜裁剪至指定面积，需要特定的裁剪仪器，操作过程可能造成污染。

b,测试样品的放置：本方法将剪切好的样品称重后折叠直接置于检测用石英管中，操作简单；而文献中需要特别定制载玻片与盖玻片，将样品置于其中，然后置于样品管中，操作相对繁琐，且需要特别定制多种器材。

c,样品的定量：本方法在使用Bruker’Xenon软件的基础上直接对样品中长寿命有机自由基进行定量，得到样品的绝对自旋数，无需另购标准品。文献需要另购Cr³⁺标等标准品，测定标准品后，计算得到响应系数，之后测量样品，最后计算得到样品的中EPFRs的浓度，方法涉及多种试剂，定量方法较复杂。

附图说明

图1是未经细致优化时测得的大气颗粒物的EPR谱图的示例。

图2为本发明实施例中检测到的大气颗粒物中长寿命有机自由基的EPR信号图谱。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、生物材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

使用低流量颗粒物采样器对大气颗粒物进行采集，采集前后膜称重，计算采集大气颗粒物质量。采用Bruker EMX-plus X-band EPR波谱(Bruker Instruments,Billerica)直接对大气颗粒物中的长寿命有机自由基进行检测。

具体实施案例如下：

一、样品采集之前，石英纤维滤膜在450℃条件下烘12h，以去除有机质等杂质。然后置于干燥箱中保存，采样前称重(m₀＝0.1472g)。采集后的石英纤维滤膜对折，用铝箔包覆，置于与采集相同条件下的干燥箱中保存24h，称重(m_t＝0.1563g)。

二、将称重完毕的石英纤维滤膜，裁剪2-3m宽的条状滤膜以方便置于检测时使用的石英管中，对裁剪下的条状滤膜进行称重，记m_u＝0.0101g。

三、将裁剪好的石英纤维滤膜直接置入检测时的石英管中，以备检测。

四、采用Bruker EMX-plus X-band EPR波谱(Bruker Instruments,Billerica)对样品中的长寿命有机自由基进行检测，通过调整中心磁场、微波频率、微波功率、调制频率、调制幅度、扫场宽度、接受增益、扫描时间等参数，获得EPR信号不失真前提下的最大性噪比的检测效果。

EPR信号强度强烈依赖微波功率，然而并不是微波功率选择地越大EPR信号幅度就越强，当微波功率增加到一定数值时，EPR信号增长速率近为零，此时样品信号达到饱和，谱线加宽失真。因此，应选择未饱和时的微波功率进行样品测定。调制幅度也直接影响EPR信号的幅值和形状，在满足灵敏度的条件下，选择较小的调制幅度能够精确地测定样品的谱形，实现高分辨率的检测，因此本实验选择的调制幅度为1.0G。如图1是未经细致优化时测得的大气颗粒物的EPR谱图示例(中心磁场:3500G；微波频率:9.81GHz；调制频率:100kHz；调制幅度:1.0G；扫场宽度:100G；微波功率：20mW；扫描时间:50s；时间常数40.96ms)。

本专利采用的优化的仪器参数如下：中心磁场:3500G；微波频率:9.36GHz；微波功率:0.63mW；调制频率:100kHz；调制幅度:1.0G；扫场宽度:100G；接受增益:30dB；扫描时间:100s。优化的仪器参数条件下的谱图如图2。

五、根据最优峰型获得所测自由基信号:g-factor为2.00318,ΔH_p-p＝6.6G的单峰，推测为半醌类自由基。根据自旋定量理论，采用Bruker’s>

则，所测大气颗粒物中长寿命有机自由基的浓度(Spins/g)为：